CONVERTIDORES ANALÓGICOS/DIGITALES

PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD Y APLICACIONES DIGITALES

INTRODUCCIÓNEl convertidor A/D es el único elementototalmente Indispensable en un sistemade adquisición de datos. Además él porsi sólo puede constituir un SAD.Generalmente suele serel más caro de todos los elementos queconstituyen el SAD aunque, porsupuesto, su precio depende de lacalidad de las prestaciones que se lepidan. Estas serán: la exactitud, quedepende de los errores que seproduzcan y de la resolución (número debits), y la velocidad.

A nivel de elemento de circuito, el A/Dse caracteriza por una entradaanalógica, una salida digital y variasseñales de control y alimentación.

Las señales de control más importantes y características son: SC (StartConversion) y EOC (End Of Conversion). La primera es una entrada que requiere el circuito para que comience la conversión que durará un tiempo que a veces es conocido de antemano y otras veces no. La

señal EOC es la que indica al circuito o microprocesador donde están entrando las señales digitales, cuándo ha terminado la conversión. Es por tanto una señal de salida.

El elemento de salida del A/D es un latch o registro donde se almacena el dato. Este permanecerá almacenado o cambiará controlado por unas entradas de Enable y Chip Select del latch

Tipos de convertidores A/D.

EscaleraConsta de un D/A en el que laentrada es un contador. La entradaRST al contador es la de inicio decuenta. El amplificador es uncircuito comparador. Sufuncionamiento no es el de unamplificador lineal, sino que estáfabricado para comparar V+ con V-como lo hace un amplificadoroperacional, llevando alamplificador a saturación positiva onegativa. Tiene con él dosdiferencias: en primer lugar es másrápido y además trabaja en nivelescompatibles con TTL. Es decir suforma de trabajo esSi V+>V- sat. positiva y Vo=5VSi V+<V- sat. negativa y Vo=0V

El funcionamiento del A/D es el siguiente: Conla señal RST el contador se pone a 0 con lo

que la entrada del D/A tendrá ese valor y asímismo la salida. Por tanto V-=0. Pero V+=VIN

debe ser mayor que cero, por lo que VIN>V- yel amplificador se satura positivamente por lo

que la salida Vo=5V=EOC. En esta situación sehabilita la puerta AND permitiendo el paso

de un pulso de reloj que obliga al contador acontar. En su salida tendrá un LSB que saldráen analógico a la salida del D/A. Si su valor esmenor que VIN la salida del amplificadorseguirá siendo 5V, por lo que el contadorcontará otra vez. Y así sucesivamente hastaque V->VIN. En ese momento la salida delamplificador pasará a valer 0V inhabilitando lapuerta. Por tanto, el contador recorrerá, encada caso, todos los estados hasta que lasalida del D/A supere la tensión de entrada.Dada la gran precisión del amplificador nuncase dará la situación de que sus dos entradassean iguales. Siempre estará saturado.

Seguimiento

Es especialmente útil cuando la señal a medir no evolucionamuy rápido y queremos saber de forma continuada el valor deVIN. es decir lee continuamente. En el circuito anterior, cada vez

que se quería hacer una lectura había que empezar por elprincipio. Aquí, una vez que se ha alcanzado el valor aproximadoa la señal VIN el contador solo aumenta o disminuye sobre

este valor. Hace un seguimiento del señal. La señal SC, por tanto,es sólo una RST que se conecta a la señal de alimentación paracomenzar. Una vez que está contando no se necesita esta señalya que la cuenta es ininterrumpida. La forma de obtener la señalSC será entonces

Aproximaciones sucesivas

En este circuito, se sustituye el contador por un registro deaproximaciones sucesivas (RAS).

La idea de este circuito es lograr llegar al valor final, sin tenerque recorrer todos los anteriores. Para ello, se pretende conoceren cada ciclo de reloj el valor de un bit. En primer lugar el valordel bit mas significativo Dn-1, después el Dn-2 y asísucesivamente.

Parámetros característicos de los A/DRESOLUCIÓN:

Es el número de bits que posee la salida digital, se mide en bitso en LSB. Los de aproximaciones sucesivas son, como mucho, de14 ó 16 siendo lo normal de 12 bits, aunque también los hay de8 ó 10. Con 8 bits resulta ser muy pobre el convertidor, sinembargo si se busca bajo coste puede ser adecuado. Para A/Ddiscretos, no integrados, n= 10, 12 es lo más corriente. Engeneral podemos decir que aquellos convertidores con n≥ 12bits se consideran de alta resolución.

Parámetros característicos de los A/D

VELOCIDAD:En un A/D se pasa de dos magnitudes continuas V y t a dos discretas. Al digitalizar, lastensiones se convierten en A valores discretos, ya que la resolución no es infinita sino. Ladiferencia entre un valor y el siguiente es el LSB, que se obtiene como RANGO/2n.Por otra parte al digitalizar la señal en el tiempo también se discretiza. Se da la orden decomienzo (SC, Start Conversion) y cuando se termina la conversión el A/D da la señal de haberterminado (EOC, End Of Conversion) y entre estas dos señales transcurre un tiempo durante elcual se ha realizado una conversión.

La medida que se digitaliza en cada instante no será, probablemente, el valor real de la señal,sino el valor más próximo dentro de la discretización de V. Se produce, por tanto, un error decuantización que depende de n. Este error sería de 1 LSB o de medio LSB como máximodependiendo del método empleado. A medida que n sea mayor, menor será el error.

Igualmente se produce un error debido a la discretización temporal. Cada instante de medidaseráti = iT, siendo T la diferencia temporal entre dos medidas.